Тонколенточные солнечные элементы - Чопра К.
Скачать (прямая ссылка):
Магнетронцое ионное распыление позволяет с высокой эффективностью (достигающей 60%) использовать подводимую к катоду мощность для генерации токов высокой плотности
V Метод, известный под названием распыление в тлеющем разряде, поддерживаемом термоэлектронной эмиссией. — Прим. перев.
2> Метод, называемый «распыление со смещением».— Прим. перев.
56
Глава 2
(примерно до 50 мА/см2) при относительно низких напряжениях (~500.. .1000 В) и обеспечивает скорости осаждения пленок, которые по меньшей мере на порядок величины выше, чем в немагнетронных системах. При удельной мощности около 30 Вт/см2 для пленок меди достигнута скорость осаждения 2,5 мкм/мин. Высокая скорость осаждения и отсутствие бомбардировки пленки плазмой и электронами дают основание рассматривать магнетронное ионное распыление как перспективный низкотемпературный метод осаждения пленок большой площади. Недавно продемонстрирована возможность применения этого метода для осаждения ряда материалов для солнечных элементов, в том числе оксида олова (обозначаемого иногда ТО) [13], смеси оксидов индия и олова (распространенное обозначение — ITO) [14], сульфида кадмия [15] и сульфида з^еди [15].
2.2.3.3 Высокочастотное ионное распыление
Ионное распыление можно проводить при низком давлении газа (~0,1 Па), усилив его ионизацию при возбуждении без-электродного разряда внешним высокочастотным электромагнитным полем. Если материалом катода служит диэлектрик, то лонное распыление на постоянном токе неосуществимо вследствие накопления поверхностного положительного заряда (Аг+). Однако при использовании переменного напряжения высокой частоты заряд на поверхности диэлектрика может периодически нейтрализоваться электронами плазмы, которые имеют значительно более высокую подвижность, чем положительные ионы. Наличие или отсутствие на поверхности катода положительного заряда, влияющего на процесс распыления, зависит от амплитуды и частоты переменного напряжения, а также от конфигурации катода. Обычно катод соединяют через согласующую схему с источником напряжения частотой 13,56 МГц (разрешенной для промышленного применения Федеральной комиссией связи США) и мощностью 1...2 кВт при амплитуде напряжения около 1 кВ. Высокочастотное распыление может проводиться в любой системе для ионного распыления в тлеющем разряде или магнетронного распыления. Метод высокочастотного ионного распыления незаменим для осаждения тонких полупроводниковых и диэлектрических пленок.
2.2.3.4 Ионно-лучевое распыление
При использовании ионного источника осаждение распыленного вещества можно осуществлять в условиях высокого вакуума при контролируемом давлении. Первый вариант проведения процесса осаждения с помощью пучка ионов связан
Методы осаждения тонких пленок
57
с прямым получением ионов необходимого материала и конденсацией их на поверхности в виде тонкой пленки. Во втором варианте ионный источник служит для получения ионов Аг+, которые бомбардируют находящуюся в вакууме мишень,, после чего распыленные частицы вещества осаждаются на подложке. В течение последнего десятилетия оба способа были значительно усовершенствованы, и теперь они являются общепринятыми, хотя и дорогостоящими методами, позволяющими использовать преимущества процесса ионного распыления и процесса осаждения пленок в условиях вакуума.
Для осаждения пленок обычно применяют источники ионов^ двух типов: дуоплазмотрон и источник, разработанный Кауфманом. В дуоплазмотроне ионы создаются в камере с тлеющим или дуговым разрядом и затем через отверстие истекают во вторую камеру со значительно более низким давлением (~ 10~2.. Л0~3 Па). В источнике Кауфмана конфигурации разрядной камеры и приложенного магнитного поля таковы, что электроны, испускаемые в результате термоэмиссии, движутся по протяженным спиральным траекториям к цилиндрическому аноду, охватывающему область разряда. Это обеспечивает высокую эффективность ионизации газа, а также однородность-плазмы. Если между двумя сетками с точно совмещенными отверстиями создать разность потенциалов, то ионы, проходящие через отверстия сетки, будут ускоряться под действием этой разности потенциалов. С помощью магнитооптических устройств ионы собирают в параллельный пучок, объемный заряд которого можно нейтрализовать медленными электронами, испускаемыми нитью накала, расположенной с бомбардируемой стороны сеток. Источник Кауфмана позволяет получать полностью нейтрализованные пучки ионов аргона диаметром в пределах 25 см с плотностью тока, достигающей 50 мА/см2, при ускоряющем напряжении 0,5. ..1 кВ. Этот источник можно использовать как для травления поверхности (называемого-ионным травлением), так и для осаждения распыленных проводящих и непроводящих материалов. Ионное травление применяется при изучении объемных свойств многослойных солнечных элементов. При изготовлении солнечных элементов со-структурой полупроводник — диэлектрик — полупроводник с помощью ионного источника на кремний осаждают пленки ITO [16]. Как показано на рис. 2.2, скорость ионного травления (и, следовательно; осаждения пленок) зависит от вида материала и угла падения ионов на мишень.
